单面焊双面成形操作技术的探索与实践

单面焊双面成形操作技术的探索与实践 摘要：在焊接某些压力容器时，要求焊接接头完全焊透，但在实际操作中，由于受焊件结构的限制，经常会出现咬边及焊瘤现象。本文通过详细阐述对单面焊双面成形这项技术的研究运用，使这一焊接难题得到了解决，有效提高了焊接压力容器中的安全系数和可靠性。关键词：单面焊双面成形技术探索实践. 焊接锅炉及压力容器等结构时，经常要求焊接接头完全焊透，以满足受压部件的质量和性能要求。但由于构件尺寸和形状的限制，如小直径容器，管道在里面无法施焊，只能在容器外侧进行焊接，如果在外侧采用常规的单面焊法，里面会焊不透，存在咬边和焊瘤等缺陷，不能满足焊接质量的要求。本人通过十多年对焊接技术的学习并在实际工作中反复实践，利用左右手两面起焊，对焊件实施单面焊双面成形操作技术，使受压容器的焊接实现了接头完全焊透的要求。以下具体阐述单面焊双面成形操作法的技术特点及操作要点：一、单面焊双面成形操作法简介单面焊双面成形操作法是采用普通焊条，以特殊的操作方法，在坡口背面没有任何辅助措施的条件下，在坡口的正面进行焊接，焊后保证坡口的正、反面都能得到均匀整齐、成形良好，符合质量要求的焊缝的焊接操作方法。它是手工电弧焊中难度较大的一种操作技术，适用于无法从背面清除焊根并重新进行焊接的重要焊件。二、单面焊双面成形操作法的适用范围这种操作法主要适用于有板状对接接头、管状对接接头、骑座式管板接头，按接头位置不同可进行平焊、立焊、横焊和仰焊等位置焊接。三、单面焊双面成形操作法的技术特点单面焊双面成形焊接方法一般用于 V 形坡口对接焊，适用于容器壳体板状对接焊，小直径容器环缝及管道对接焊，容器接管的管板焊接。单面焊双面成形在焊接方法上与一般的平、立、横、仰焊有所不同，但操作要点和要求基本一致，焊缝内不应出现气孔、夹渣、根部应均匀焊透，背面不应有焊瘤和凹陷等。四、单面焊双面成形操作法的操作要点和操作实例下面以板厚 12 mm 的 V 形坡口对接平焊为例，进一步阐述单面焊双面成形的焊接方法。 1、试板装配尺寸（表 1）坡口角度（°）装配间隙（mm）钝边（mm）反变形（°）错边量（mm）始焊端 3.2 60 终焊端 4.0 0 3~4 ≤1 2、焊接工艺参数（表 2）焊接层数打底焊填充焊（第一道）填充焊（第二道）填充焊（第三道）盖面焊焊条直径（mm） 3.2 3.2 4.0 4.0 4.0 焊接电流（A） 100~120 140~150 195~200 195~200 185~190 3、焊接要点平焊时，由于焊件处在俯焊位置，与其它焊接位置相比操作较容易，它是板状其它各种位置、管状试件各种位置焊接操作的基础。但是，平焊位置打底焊时，熔孔不易观察和控制，在电弧吹力和熔化金属的重力作用下，使焊道背面易产生超高或焊瘤等缺陷。 a、焊道分布单面焊五层五道，如图 A 所示图 A 焊道分布 b、焊接位置试板放在水平面上，间隙小的一端放在左侧。 4、打底焊进行单面焊双面成形焊接时，第一层打底焊道焊接是操作的关键，在电弧高温和吹力作用下，坡口根部部分金属被熔化形成金属熔池，在熔池前沿会产生一个略大于坡口装配间隙的孔洞，称为熔孔。焊条药皮熔化时所形成的熔渣和气体可以通过熔孔对焊缝背面有效保护。 同时，工件背面焊道的质量由熔孔尺寸大小、形状、移动均匀程度决定。单面焊双面成形，按照第一层打底焊时的操作手法不同，可分为连续施焊法（又称连弧焊法）和间断灭弧施焊法（又称断弧焊法）两种。 1、连弧焊连弧焊法是在焊接过程中电弧连续燃烧，不熄灭，采取较小的坡口钝边间隙，选用较小的焊接电流，始终保持短弧连续施焊。连弧焊仅要求焊工保持平稳和均匀的运条，操作手法没有较大变化，容易掌握。焊缝背面成形比较细密、整齐，能够保证焊缝内部质量要求，但如果操作不当，焊缝背面易造成未焊透或未熔合现象。 2、断弧焊断弧焊法在焊接过程中，通过电弧反复交替燃烧与熄灭并控制熄弧时间，从而控制熔池的温度、形状和位置，以获得良好的背面成形和内部质量。断弧焊采取的坡口钝边间隙比连弧焊稍大，选用的焊接电流范围也较宽，使电弧具有足够的穿透能力。 在进行薄板、小直径管焊接和实际产品装配间隙变化较大的条件下，采用断弧焊法施焊更显得灵活和适用。由于断弧焊操作手法变化较大，掌握起来有一定难度，要求焊工具有较熟练的操作技术。打底焊时焊条与试件之间的角度如图 B 所示，采用小幅度锯齿形横向摆动，并在坡口两侧稍停留，连续向前焊接，即采用连弧焊法打底。图 B 平位打底焊焊条角度打底焊要注意以下几点：（1）控制引弧位置打底层从试板左端定位焊缝的始焊处开始引弧，电弧引燃后，稍作停顿预热，然后横向摆动向右施焊，待电弧到达定位焊缝右侧前沿时，将焊条下压并稍作停顿，以便形成熔孔。（2）控制熔孔的大小在电弧的高温和吹力作用下，试板坡口根部熔化并击穿形成熔孔，如图 C 所示，此时应立即将焊条提起至离开熔池约 1.5mm 左右,即可以向右正常施焊。 1 图C 平板对接平焊时的熔孔 1----焊缝 2---熔池 3---熔孔打底层焊接时为保证得到良好的背面成形和优质焊缝，焊接电弧要控制短些，运条要均匀，前进的速度不宜过快。要注意将焊接电弧的 2/3 覆盖在熔池上，电弧的 1/3 保持在熔池前，用来熔化和击穿试件的坡口根部形成熔孔。施焊过程中要严格控制熔池的形状，尽量保持大小一致。并观察熔池的变化及坡口根部的熔化情况，焊接时，如果有明显的熔孔出现，则背面可能要烧穿或产生焊瘤。熔孔的大小决定背面焊缝的宽度和余高，若熔孔太小，焊根熔合不好，背弯时易裂开；若熔孔太大，则背面焊道既高又宽很不好看，而且容易烧穿，通常熔孔直径比间隙大 1~2mm 较好。焊接过程中若发现熔孔太大，可稍加快焊接速度和摆动频率，减少焊条与焊件间的夹角；若熔孔太小，则可减慢焊接速度和摆动频率，加大焊条与焊件间夹角。当然还可以用改变焊接电流的办法来调节熔孔的大小，但这种方法是不可取的，因为实际生产中由于坡口角度、装配间隙和结构形式的变化，不允许随时调整焊接电流，而且调整焊接电流也比较麻烦，因此必须掌握用改变焊接速度、摆动频率和焊条夹角的办法来改善熔池状况，这正是手工电弧焊的优点。（3）控制铁水和熔渣的流动方向。焊接过程中电弧永远要在铁水的前面，利用电弧和药皮熔化时产生的气体的定向吹力，将铁水吹向熔池后方，这样既能保证熔深，又能保证熔渣与铁水分离，减少夹渣和产生气孔的可能性。焊接时要注意观察熔池的情况，熔池前方稍下凹，铁水比较平静，有颜色较深的线条从熔池中浮出，并逐渐向熔池后上部集中，这就是熔渣，如果熔池超前，即电弧在熔池后方时，很容易夹渣。（4）控制坡口两侧的熔合情况。焊接过程中随时都要观察坡口面的熔合情况，必须清楚地看见坡口面熔化并与焊条熔敷金属混合形成熔池，熔池边缘要与两侧坡口面熔合在一起才行，最好在熔池前方稍有个小坑，但随即能被铁水填满，否则熔合不好，背弯时易产生裂纹。（5）焊缝接头打底焊道无法避免焊接接头，因此必须掌握好接头技术。当焊条即将焊完，需要更换焊条时，将焊条向焊接的反方向拉回约 10~15mm，如图 Da 所示，并迅速抬起焊条，使电弧逐渐拉长很快熄灭。这样可把收弧缩孔消除或带到焊道表面，以便在下一根焊条焊接时将其溶化掉。注意回烧时间不能太长尽量使接头处成为斜面。如图Db所示。 a 图 D（a）换焊条前的收弧位置（b）焊缝接头前的焊道焊缝接头有两种方法：即热接法和冷接法。热接法：前一根焊条的熔池还没有完全冷却就立即接头。这是生产中常用的方法，也最适用，但接头难度大。接好头的关键有三个： a、更换焊条要快，最好在开始焊接时，持面罩的左手中就抓几根准备更换的焊条，前根焊条焊完后，立即换好焊条，趁熔池还未完全凝固时，在熔池前方 10~20mm 处引燃电弧，并立即将电弧后退到接头处。 b、位置要准，电弧后退到原先的弧坑处，估计新熔池的后沿与原先的弧坑后沿相切时立即将焊条前移，开始连续焊接。由于原来的弧坑已被熔渣覆盖着，只能凭经验判断弧坑后沿的位置，因此操作难度大。如果新熔池的后沿与弧坑后沿不重合，则接头不是太高就是缺肉，因此必须反复练习。 c、掌握好电弧下压时间，当电弧已向前运动，焊至原弧坑的前沿时，必须再下压电弧，重新击穿间隙再生成一个熔孔，待新熔孔形成后，再按前述要领继续焊接。这段时间和位置是否合适，决定焊缝背面焊道的质量，也是较难掌握的。冷接法：前一根焊条的熔池已冷却。施焊前，先将收弧处打磨成缓坡形，在离熔池后约 10mm 处引弧。焊条做横向摆动向前施焊，焊至收弧处前沿时，填满弧坑，焊条下压并稍作停顿。当听到电弧击穿声，形成新的熔孔后，逐渐将焊条抬起，进行正常施焊。 5、填充焊填充层施焊前，先将前一道焊缝的熔渣、飞溅清理干净，将打底层焊缝接头的焊瘤打磨平整，然后进行填充焊。填充层焊接时的焊条角度如图 E 所示图E 填充层焊时的焊条角度焊填充层焊道时需注意以下几点： a、控制好焊道两侧的熔合情况，填充焊时，焊条摆幅加大，在坡口两侧停留时间可比打底焊时稍长些，必须保证坡口两侧有一定的熔深，并使填充焊道表面稍向下凹。 b、控制好最后一道填充焊缝的高度和位置。填充层焊缝的高度应低于母材约 0.5mm~1.5mm，最好略呈凹形，要注意不能熔化坡口两侧的楞边，便于表面层焊接时能够看清坡口，为表面层的焊接打好基础。焊填充焊道时，焊条的摆幅逐层加大，但要注意不能太大，千万不能让熔池边缘超出坡口上方的棱边。 c、接头方法如图 F 所示，不需向下压电弧了。其它要求同打底焊。引弧处图 F 填充层焊接头 6、盖面焊盖面层施焊时的焊条角度、运条方法及接头方法与填充层相同。但盖面层施焊时焊条摆动的幅度要比填充层大。摆动时要注意摆动幅度一致，运条速度均匀。同时注意观察坡口两侧的熔化情况、施焊时在坡口两侧稍作停顿，以便使焊缝两侧边缘熔合良好，避免产生咬边，以得到优质的盖面焊缝。焊条的摆幅由熔池的边沿确定，焊接时必须注意保证熔池边沿不得超过试板表面坡口棱边 2mm，否则焊缝超宽。盖面接头要特别注意，否则不美观。 参考文献：《焊工手册》